python 多线程， 多进程， 协程

1. 介绍：

threading用于提供线程相关的操作，线程是应用程序中工作的最小单元。python当前版本的多线程库没有实现优先级、线程组，线程也不能被停止、暂停、恢复、中断。

2. 1  线程执行函数

#!/bin/python
#coding:utf8

import threading
import time

def action(arg):
    time.sleep(1)
    print "this ia arg %s \n" % arg
thread_list = []
for i in xrange(4):
    t = threading.Thread(target=action,args=(i,))
    t.start()
    thread_list.append(t)

for t in thread_list:
    t.join()

print 'main end'

# coding:utf-8

import threading
import time

gl_num = 0

lock = threading.RLock()

# 调用acquire([timeout])时，线程将一直阻塞，
# 直到获得锁定或者直到timeout秒后（timeout参数可选）。
# 返回是否获得锁。
def Func():
    lock.acquire()
    global gl_num
    gl_num += 1
    time.sleep(1)
    print gl_num
    lock.release()

for i in range(10):
    t = threading.Thread(target=Func)
    t.start()

在一个进程内的所有线程共享全局变量，很方便在多个线程间共享数据
缺点就是，线程是对全局变量随意遂改可能造成多线程之间对全局变量的混乱（即线程非安全）

2.2 线程继承类

import threading
import time

class MyThread(threading.Thread):
    def __init__(self,arg):
        super(MyThread,self).__init__()
        self.arg = arg

    def run(self):
        time.sleep(1)
        print 'this arg is %s \n' % self.arg
thread_list = []
for i in xrange(4):
    t = MyThread(i)
    t.setDaemon(True)
    t.start()
    thread_list.append(t)

for i in thread_list:
    t.join()

print 'main end'

3.介绍：

构造方法： 
Thread(group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs={}) 

　　group: 线程组，目前还没有实现，库引用中提示必须是None； 
　　target: 要执行的方法； 
　　name: 线程名； 
　　args/kwargs: 要传入方法的参数。

实例方法： 
　　isAlive(): 返回线程是否在运行。正在运行指启动后、终止前。 
　　get/setName(name): 获取/设置线程名。

　　start():  线程准备就绪，等待CPU调度
　　is/setDaemon(bool): 获取/设置是后台线程（默认前台线程（False））。（在start之前设置）

　　　　如果是后台线程，主线程执行过程中，后台线程也在进行，主线程执行完毕后，后台线程不论成功与否，主线程和后台线程均停止
       　　如果是前台线程，主线程执行过程中，前台线程也在进行，主线程执行完毕后，等待前台线程也执行完成后，程序停止
　　start(): 启动线程。 
　　join([timeout]): 阻塞当前上下文环境的线程，直到调用此方法的线程终止或到达指定的timeout（可选参数）。

　　join()阻塞当前上下文环境的线程，直到调用此方法的线程终止或到达指定的timeout，即使设置了setDeamon（True）主线程依然要等待子线程结束。

二、多进程

 multiprocessing
python中的多线程其实并不是真正的多线程，如果想要充分地使用多核CPU的资源，在python中大部分情况需要使用多进程。Python提供了非常好用的多进程包multiprocessing，只需要定义一个函数，Python会完成其他所有事情。借助这个包，可以轻松完成从单进程到并发执行的转换。multiprocessing支持子进程、通信和共享数据、执行不同形式的同步，提供了Process、Queue、Pipe、Lock等组件。

1.1 函数

import multiprocessing
import time

def worker(interval):
    n = 5

    while n > 0:

        print "this is  n=%d" % n
        time.sleep(interval)
        n -=1

p = multiprocessing.Process(target=worker,args=(3,))
m = multiprocessing.Process(target=worker,args=(4,))

p.start()
m.start()
print m.pid
print '-----------'
print p.pid
print p.name
print p.is_alive()
print multiprocessing.active_children() # 获取所有的进程
print 'main end'

1.2 类

import multiprocessing
import time

class ClockProcess(multiprocessing.Process):
    def __init__(self, interval):
        multiprocessing.Process.__init__(self)
        self.interval = interval

    def run(self):
        n = 5
        while n > 0:
            print("the time is {0}".format(time.ctime()))
            time.sleep(self.interval)
            n -= 1

if __name__ == '__main__':
    p = ClockProcess(3)
    p.start()    

p.daemon = True
因子进程设置了daemon属性，主进程结束，它们就随着结束了，# 默认是false
2. Lock 锁
当多个进程需要访问共享资源的时候，Lock可以用来避免访问的冲突。

import multiprocessing
import sys

def worker_with(lock, f):
    with lock:
        fs = open(f, 'a+')
        n = 10
        while n > 1:
            fs.write("Lockd acquired via with\n")
            n -= 1
        fs.close()

def worker_no_with(lock, f):
    lock.acquire()
    try:
        fs = open(f, 'a+')
        n = 10
        while n > 1:
            fs.write("Lock acquired directly\n")
            n -= 1
        fs.close()
    finally:
        lock.release()

if __name__ == "__main__":
    lock = multiprocessing.Lock()
    f = "file.txt"
    w = multiprocessing.Process(target = worker_with, args=(lock, f))
    nw = multiprocessing.Process(target = worker_no_with, args=(lock, f))
    w.start()
    nw.start()
    print "end"

3.Event用来实现进程间同步通信。

import multiprocessing
import time

def worker(e):
     print "worker start"
     e.wait()
     print ("workder e.is_set()" +str(e.is_set()))

def worker_for(e,t):
    print "worker_for start"
    e.wait(t)

    print "worker)for is_set" + str(e.is_set())

e = multiprocessing.Event()
w1 = multiprocessing.Process(target=worker,args=(e,))
w2 = multiprocessing.Process(target=worker_for,args=(e,4))

w1.start()
w2.start()

time.sleep(3)
e.set()
print "mail"

4.Queue

Queue是多进程安全的队列，可以使用Queue实现多进程之间的数据传递。put方法用以插入数据到队列中，put方法还有两个可选参数：blocked和timeout。如果blocked为True（默认值），并且timeout为正值，该方法会阻塞timeout指定的时间，直到该队列有剩余的空间。如果超时，会抛出Queue.Full异常。如果blocked为False，但该Queue已满，会立即抛出Queue.Full异常。

 

get方法可以从队列读取并且删除一个元素。同样，get方法有两个可选参数：blocked和timeout。如果blocked为True（默认值），并且timeout为正值，那么在等待时间内没有取到任何元素，会抛出Queue.Empty异常。如果blocked为False，有两种情况存在，如果Queue有一个值可用，则立即返回该值，否则，如果队列为空，则立即抛出Queue.Empty异常。Queue的一段示例代码：

def writer_proc(q):
    try:
        q.put("this a ")
        print "put"
    except Exception as e:
        print e

def reader_proc(q):
    try:
        print "get"
        print q.get()
    except Exception as e:
        print e
        print ''
        pass

q = multiprocessing.Queue()
writer = multiprocessing.Process(target=writer_proc,args=(q,))
writer.start()

reader = multiprocessing.Process(target=reader_proc,args=(q,))

reader.start()

#writer.join()
#reader.join()

5. Pipe

Pipe方法返回(conn1, conn2)代表一个管道的两个端。Pipe方法有duplex参数，如果duplex参数为True(默认值)，那么这个管道是全双工模式，也就是说conn1和conn2均可收发。duplex为False，conn1只负责接受消息，conn2只负责发送消息。

 

send和recv方法分别是发送和接受消息的方法。例如，在全双工模式下，可以调用conn1.send发送消息，conn1.recv接收消息。如果没有消息可接收，recv方法会一直阻塞。如果管道已经被关闭，那么recv方法会抛出EOFError。

import multiprocessing
import time

def proc1(pipe):
    while True:
        for i in xrange(1000):
            print "send : %d" % i
            pipe.send(i)
            time.sleep(1)

def proc2(pipe):
    while True:
        print "proc2 sev:", pipe.recv()
        time.sleep(2)

def proc3(pipe):
    while True:
        print "Proc3 rev:" , pipe.recv()
        time.sleep(1)
pipe = multiprocessing.Pipe()
print pipe
p1 = multiprocessing.Process(target=proc1,args=(pipe[0],))
p2 = multiprocessing.Process(target=proc2,args=(pipe[1],))
#p3 = multiprocessing.Process(target=proc3,args=(pipe[1],))
p1.start()
p2.start()
#p3.start()
p1.join()
p2.join()
#p3.join()

6. Pool

在利用Python进行系统管理的时候，特别是同时操作多个文件目录，或者远程控制多台主机，并行操作可以节约大量的时间。当被操作对象数目不大时，可以直接利用multiprocessing中的Process动态成生多个进程，十几个还好，但如果是上百个，上千个目标，手动的去限制进程数量却又太过繁琐，此时可以发挥进程池的功效。
Pool可以提供指定数量的进程，供用户调用，当有新的请求提交到pool中时，如果池还没有满，那么就会创建一个新的进程用来执行该请求；但如果池中的进程数已经达到规定最大值，那么该请求就会等待，直到池中有进程结束，才会创建新的进程来它。

函数解释：

• apply_async(func[, args[, kwds[, callback]]]) 它是非阻塞，apply(func[, args[, kwds]])是阻塞的（理解区别，看例1例2结果区别）
• close()    关闭pool，使其不在接受新的任务。
• terminate()    结束工作进程，不在处理未完成的任务。
• join()    主进程阻塞，等待子进程的退出， join方法要在close或terminate之后使用。

执行说明：创建一个进程池pool，并设定进程的数量为3，xrange(4)会相继产生四个对象[0, 1, 2, 4]，四个对象被提交到pool中，因pool指定进程数为3，所以0、1、2会直接送到进程中执行，当其中一个执行完事后才空出一个进程处理对象3，所以会出现输出“msg: hello 3”出现在"end"后。因为为非阻塞，主函数会自己执行自个的，不搭理进程的执行，所以运行完for循环后直接输出“mMsg: hark~ Mark~ Mark~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~”，主程序在pool.join（）处等待各个进程的结束。

三、协程

1. greenlet实现协程

　　Python的 greenlet就相当于手动切换，去执行别的子程序，在“别的子程序”中又主动切换回来。。。

from greenlet import greenlet

def test1():
    print 123
    gr2.switch()
    print 456
    gr2.switch()

def test2():
    print "abc"
    gr1.switch()
    print "def"

gr1 = greenlet(test1)
gr2 = greenlet(test2)

gr1.switch()

2. gevent 实现协程

　　Gevent 是一个第三方库，可以轻松通过gevent实现协程程，在gevent中用到的主要模式是Greenlet, 它是以C扩展模块形式接入Python的轻量级协程。 Greenlet全部运行在主程序操作系统进程的内部，但它们被协作式地调度。

　　gevent会主动识别程序内部的IO操作，当子程序遇到IO后，切换到别的子程序。如果所有的子程序都进入IO，则阻塞。

参考资料：https://www.cnblogs.com/tkqasn/p/5700281.html

https://www.cnblogs.com/kaituorensheng/p/4445418.html (多进程)

https://www.cnblogs.com/zingp/p/5911537.html （协程）